Ultraschall-Durchflusssensor für medizintechnische Anwendung

Die neuen Sensoren arbeiten mit einer reproduzierbaren Toleranz von fünf Prozent bei Durchflussraten bis herab zu zwei Milliliter pro Minute. Sie eignen sich für eine Vielzahl an Flüssigkeiten wie Blut, Salzlösungen und Pufferlösungen und erlauben auch bei hohen Durchflussmengen von bis zu 500 Milliliter pro Minute sehr genaue Messungen. Damit können sie zum Beispiel in der Dialyse und der Blutwäsche (Apherese) eingesetzt werden.

An jedem Ende eines Einweg-Strömungsrohrs ist ein Ultraschallwandler installiert. Gemessen wird nach dem Laufzeitverfahren (time of flight). Die Sensoren wurden mit dem Ziel entwickelt, dass sie einen sehr geringen Zero-Offset aufweisen. Deshalb müssen sie nur einmal ab Werk kalibriert werden.

Das Strömungsrohr wurde selbst wurde so verbessert, dass beim Durchströmen nur minimale Turbulenzen entstehen. Die Sensoren kommen nicht mit dem Medium in Berührung. Deshalb eignen sie sich bestens für Applikationen, in denen sehr genaue Messungen und eine Sterilisation des Equipments erwünscht oder auch erforderlich sind. Ein Beispiel dafür ist die Dialyse. Hier kann eine sehr genaue Erfassung des Blutstroms dazu führen, dass der Behandlungsplan optimiert und die Verweildauer des Patienten in der Klinik verkürzt wird.

Martin Murawiecki, Produktingenieur bei Morgan Advanced Materials: “In Krankenhaus und Labor gibt es viele Anwendungen, in denen Durchflussmengen von Flüssigkeiten exakt erfasst werden müssen, ohne dass die Sensorik mit der Flüssigkeit in Berührung kommen darf. In Zusammenarbeit mit Branchenexperten haben wir unsere Expertise dahingehend erweitert, dass wir ein maßgeschneidertes Messsystem für diese Anwendungen zur Serienreife entwickeln konnten. Der Sensor lässt sich einfach integrieren und in Betrieb nehmen. Es ist keine Sterilisation erforderlich und obwohl das Gerät bei niedrigen Durchflussmengen typischerweise fünfmal genauer arbeitet als marktübliche Ultraschallsensoren, können wir es zu durchaus wettbewerbsfähigen Preisen anbieten.“

Die Laufzeit-Durchflussmessung beruht auf dem Prinzip, dass zwei Ultraschallwandler jeweils als Sender und Empfänger von Ultraschallwellen aktiv sind. Der Zeitunterschied, den die Schallwellen benötigen, um im Medium die Strecke zwischen den beiden Sensoren zurückzulegen, steht in direkter Relation zur Fließgeschwindigkeit im Einweg-Strömungsrohr. Das Erfassen dieser Zeit ermöglicht somit die genaue Messung der Durchflussrate. Der Sensor erfasst die Durchflussmenge bis zu neun Mal pro Sekunde. Das schafft die Voraussetzung für eine schnelle Reaktion auf jegliche Veränderung des Wertes.

Martin Murawiecki: “Für Krankenhäuser, Arztpraxen und Labors hat es große Vorteile, ein Ultraschall-Durchflussmesssystem zu nutzen, das einerseits genaue Messergebnisse liefert und andererseits die Anforderungen an die Hygiene erfüllt, weil es nicht mit dem Medium in Berührung kommt. Denn das reduziert auch den Aufwand für die Sterilisation.“ ssc